CN115937481A - Gis、dem、bim的融合显示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GIS、DEM、BIM的融合显示方法，将GIS影像地图、DEM数字高程模型和BIM模型融合显示拆分为GIS影像地图与BIM模型颜色融合显示，DEM数字高程模型和BIM模型形状融合显示。通过插入过渡的自定义图像图层，将颜色融合显示转化为GIS影像地图与自定义图像图层的颜色融合和自定义图像图层与BIM模型的颜色融合；采用8像素点邻域阶梯处理法实现BIM模型嵌套与DEM数字高程模型的形状融合显示。本发明的优点在于通解决了两种模型颜色融合显示的问题，并克服了现有技术中融合显示边缘处缝隙大、计算量大、出现显示空洞等问题。
Description
技术领域
本发明涉及GIS、DEM、BIM融合显示技术领域，尤其是涉及GIS、DEM、BIM的融合显示方法。
背景技术
地理信息系统中所使用的GIS影像地图，包括ArcGis、高德、百度等卫星影像，能够从宏观上展示二维的地理环境。数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM)则通过一组有序数值阵列形式实现对地面地形的数字化模拟，形成表示地面高程的地面模型。GIS影像地图和DEM数字高程模型融合显示后，可从宏观上展示三维地理环境，提供各种地理空间查询及空间分析。建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）是主要针对单个构筑物，含有丰富的设计、建造信息以及十分精细的模型分辨率的三维工程模型。
目前GIS影像地图、DEM数字高程模型和BIM模型融合后，能够让三维的GIS从宏观走向微观，从室外走向室内，同时实现室内外一体化、精细化管理。GIS影像地图、DEM数字高程模型和BIM模型融合分为数据融合以及融合显示两方面。其中数据融合将不同模型的数据信息标准化，而显示问题则需要解决不同模型可视化融合问题，主要包括GIS影像地图和BIM模型的颜色融合显示，以及DEM数字高程模型和BIM模型的三维形状（即两个模型）融合显示。
目前常用的融合显示方法主要有平面覆盖、融合镶嵌、清除替换。其中，平面覆盖法只适用于地形平坦的情况，对于地形有明显的起伏的区域，其常将地形强行压平，再将BIM模型放在压平的平面上，导致在显示时地形出现垂直断面，且由于BIM模型边缘高于地形或地形高于BIM模型，会在BIM模型与地形的边缘处出现较大的缝隙。
清除替换法是将地形中需显示BIM模型的部分切除，将BIM模型放置在切除的区域，此方法在融合的边缘处也存在与平面覆盖法同样的问题，另外，由于GIS的数据均是渐进式加载渲染，因此在当视角刚切换至显示区域时，会出现一个空洞，随着BIM模型加载，空洞处才能慢慢的出现BIM模型。
融合镶嵌法与清除替换法类似，但其是用高精度BIM模型替换低精度地形数据，因此不会出现清除替换法中的空洞现象，但实时进行融合边缘检测，并将地形区域切割，替换BIM模型的过程会占用CPU大量的计算资源，导致渲染卡顿。另外，此方法仍然存在BIM模型与地形的边缘处出现较大的缝隙的问题。
同时，以上三种方法也仅能解决三维形状融合显示问题的，均未涉及到颜色融合显示的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种GIS、DEM、BIM的融合显示方法。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述的GIS、DEM、BIM的融合显示方法，将GIS影像地图、DEM数字高程模型和BIM模型融合显示拆分为GIS影像地图与BIM模型颜色融合显示，DEM数字高程模型和BIM模型形状融合显示；
其中，所述颜色融合显示是在GIS影像地图与BIM模型之间插入过渡的自定义图像图层，将颜色融合显示转化为GIS影像地图与所述自定义图像图层的颜色融合和自定义图像图层与BIM模型的颜色融合；
所述形状融合显示是在BIM模型上方设置网格采样点及重力属性，使采样点下落至BIM模型表面，并提取BIM模型的边缘数据，根据所述边缘数据在DEM数字高程模型中提取对应的地形数据；采用8像素点邻域阶梯处理法实现BIM模型嵌套与DEM数字高程模型的形状融合显示。
进一步地，所述融合显示之前，GIS影像地图和BIM模型数据均转换至统一坐标系。
进一步地，所述颜色融合显示具体包括以下步骤：
S1.1，以BIM模型在地球中的经纬度为中心点，根据业务需求，在GIS影像地图中获取一定范围内的所述自定义图像的集合，构建自定义图像图层；
S1.2，在渲染软件中将视角调整到BIM模型的正上方，获取BIM模型的投影图像；
S1.3，将所述自定义图像图层与所述BIM模型的投影图像放入图像处理软件，在保证自定义图像图层与GIS影像地图边缘融合的前提下，修改BIM模型投影图像在自定义图像图层中的颜色，同时提升自定义图像图层的分辨率；
S1.4，将BIM模型中需要修改的构件颜色单独存储，在加载渲染BIM模型时修改所述构件颜色。
进一步地，所述自定义图像图层集合中每个图像均标有相应的经纬度。
进一步地，所述形状融合显示具体包括以下步骤：
S2.1，获取TIF格式的DEM数字高程模型数据；
S2.2，在渲染软件中，将BIM模型上方设置网格采样点，并为所述网格采样点设置重力属性，使网格采样点下落至BIM模型表面，提取BIM模型边缘数据；
S2.3，根据所述边缘数据，确定BIM模型的经纬度包围框，提取所述包围框对应的DEM数字高程模型数据；
S2.4，遍历所述包围框对应的DEM数字高程模型中每个像素点，采用8像素点邻域阶梯处理法实现BIM模型嵌套与DEM数字高程模型的形状融合显示。
进一步地，所述8像素点邻域阶梯处理法具体为：若所述像素点的8邻域均在BIM模型区域内，则将像素点对应的高度值降到BIM模型中高度的最低点，像素点的8邻域部分在BIM模型区域内，则采用像素点高度值递减方式修整DEM数字高程模型，使BIM几何模型嵌套在DEM数字高程模型中。
进一步地，所述BIM模型边缘数据是一系列由离散经纬度组成的封闭曲线。
本发明的优点在于通过插入一个过渡的自定义图像图层，将颜色融合显示的过程转化为GIS影像地图与自定义图像图层的融合和自定义图像图层与BIM模型的融合过程。利用PS技术解决了颜色融合显示的问题。对DEM数字高程模型与与BIM模型融合采用边缘8像素点邻域阶梯处理的方式，实现将BIM模型嵌套与地形中，解决三维形状融合显示问题，并克服了现有技术中融合显示边缘处缝隙大、计算量大、出现显示空洞等问题。
附图说明
图1是本发明所述颜色融合显示流程图。
图2是本发明所述形状融合显示流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中涉及的GIS影像地图、DEM数字高程模型、BIM模型各有其自身的特性，虽然简单地将三者坐标系都统一到WGS84之下，可以实现三者的融合，但也面对着颜色不统一，数据相互遮挡，边缘缝隙很大，数据更新困难等一系列的问题。
本发明所述的GIS、DEM、BIM的融合显示方法，将GIS影像地图、DEM数字高程模型、BIM模型的融合拆分为GIS影像地图与BIM模型之间的颜色融合显示，以及DEM数字高程模型与BIM模型之间的形状融合显示两个问题。在融合显示之前需要将GIS影像地图数据与BIM模型数据转换至统一坐标系，可采用WGS84坐标系，当GIS影像地图有偏移时，需要先纠偏；同时BIM模型也要进行相应的坐标转换，将其放置在WGS84坐标系中的对应位置中。
针对颜色融合显示是在GIS影像地图与BIM模型之间插入过渡的自定义图像图层，将颜色融合显示转化为GIS影像地图与自定义图像图层的颜色融合和自定义图像图层与BIM模型的颜色融合；具体的，
如图1所示，颜色融合显示包括以下步骤：
S1.1，以BIM模型在地球中的经纬度为中心点，根据业务需求，在GIS影像地图中获取一定范围内的所述自定义图像集合，构建自定义图像图层；自定义图像图层中每个图像均标有相应的经纬度。
S1.2，在渲染软件中将视角调整到BIM模型的正上方，获取BIM模型的投影图像；
S1.3，将自定义图像图层与BIM模型的投影图像放入图像处理软件，在保证自定义图像图层与GIS影像地图边缘融合的前提下，修改BIM模型投影图像在自定义图像图层中的颜色，同时提升自定义图像图层的分辨率；
S1.4，将BIM模型中需要修改的构件颜色单独存储，在加载渲染BIM模型时修改相应构件颜色。
DEM数字高程模型与BIM模型之间的形状融合显示时，由于DEM数字高程模型的精度远低于BIM模型，因此应对DEM数字高程模型进行调整，而DEM数字高程模型调整可以在渲染过程中进行调整，也可以对原始地形数据进行调整。考虑到GIS影像地图与BIM模型融合时本身就面对大体量的各种数据，若在渲染过程中调整，需要耗费大量的计算资源，从而影响效率。因此本发明采用调整原始地形的方式。DEM数字高程模型原始地形数据一般为TIF格式，即一种图像格式，如此，DEM数字高程模型地形数据的调整，即为TIF格式图像的图像处理过程。
具体的，DEM数字高程模型与BIM模型之间的形状融合显示是在BIM模型上方设置网格采样点及重力属性，使采样点下落至BIM模型表面，并提取BIM模型的边缘数据，根据所述边缘数据在DEM数字高程模型中提取对应的地形数据；采用8像素点邻域阶梯处理法实现BIM模型嵌套与DEM数字高程模型的形状融合显示。具体包括以下步骤：
如图2所示，S2.1，获取TIF格式的DEM数字高程模型数据；DEM数据根据精度可分为90m、30m、12.5m、5m等5种，可以根据业务需求选择相应的地形数据。
S2.2，在渲染软件中，将BIM模型上方设置网格采样点，并为网格采样点设置重力属性，使网格采样点下落至BIM模型表面，提取BIM模型边缘数据；BIM模型边缘数据是一系列由离散经纬度组成的封闭曲线。
S2.3，根据边缘数据，确定BIM模型的经纬度包围框，提取包围框对应的DEM数字高程模型数据；
S2.4，遍历包围框对应的DEM数字高程模型中每个像素点，采用8像素点邻域阶梯处理法实现BIM模型嵌套与DEM数字高程模型的形状融合显示。
8像素点邻域阶梯处理法具体为：若像素点的8邻域均在BIM模型区域内，则将像素点对应的高度值降到BIM模型中高度的最低点，像素点的8邻域部分在BIM模型区域内，则采用像素点高度值递减方式修整DEM数字高程模型，使BIM几何模型嵌套在DEM数字高程模型中。
Claims (7)
1.一种GIS、DEM、BIM的融合显示方法，其特征在于：将GIS影像地图、DEM数字高程模型和BIM模型融合显示拆分为GIS影像地图与BIM模型颜色融合显示，DEM数字高程模型和BIM模型形状融合显示；
其中，所述颜色融合显示是在GIS影像地图与BIM模型之间插入过渡的自定义图像图层，将颜色融合显示转化为GIS影像地图与所述自定义图像图层的颜色融合和自定义图像图层与BIM模型的颜色融合；
所述形状融合显示是在BIM模型上方设置网格采样点及重力属性，使网格采样点下落至BIM模型表面，并提取BIM模型的边缘数据，根据所述边缘数据在DEM数字高程模型中提取对应的地形数据；采用8像素点邻域阶梯处理法实现BIM模型嵌套与DEM数字高程模型的形状融合显示。
2.根据权利要求1所述的GIS、DEM、BIM的融合显示方法，其特征在于：所述融合显示之前，GIS影像地图和BIM模型数据均转换至统一坐标系。
3.根据权利要求1所述的GIS、DEM、BIM的融合显示方法，其特征在于：所述颜色融合显示具体包括以下步骤：
S1.1，以BIM模型在地球中的经纬度为中心点，根据业务需求，在GIS影像地图中获取一定范围内的所述自定义图像集合，构建自定义图像图层；
S1.2，在渲染软件中将视角调整到BIM模型的正上方，获取BIM模型的投影图像；
S1.3，将所述自定义图像图层与所述BIM模型的投影图像放入图像处理软件，在保证自定义图像图层与GIS影像地图边缘融合的前提下，修改BIM模型投影图像在自定义图像图层中的颜色，同时提升自定义图像图层的分辨率；
S1.4，将BIM模型中需要修改的构件颜色单独存储，在加载渲染BIM模型时修改所述构件颜色。
4.根据权利要求3所述的GIS、DEM、BIM的融合显示方法，其特征在于：所述自定义图像图层中每个图像均标有相应的经纬度。
5.根据权利要求1所述的GIS、DEM、BIM的融合显示方法，其特征在于：所述形状融合显示具体包括以下步骤：
S2.1，获取TIF格式的DEM数字高程模型数据；
S2.2，在渲染软件中，将BIM模型上方设置网格采样点，并为所述网格采样点设置重力属性，使网格采样点下落至BIM模型表面，提取BIM模型边缘数据；
S2.3，根据所述边缘数据，确定BIM模型的经纬度包围框，提取所述包围框对应的DEM数字高程模型数据；
S2.4，遍历所述包围框对应的DEM数字高程模型中每个像素点，采用8像素点邻域阶梯处理法实现BIM模型嵌套与DEM数字高程模型的形状融合显示。
6.根据权利要求5所述的GIS、DEM、BIM的融合显示方法，其特征在于：所述8像素点邻域阶梯处理法具体为：若所述像素点的8邻域均在BIM模型区域内，则将像素点对应的高度值降到BIM模型中高度的最低点，像素点的8邻域部分在BIM模型区域内，则采用像素点高度值递减方式修整DEM数字高程模型，使BIM几何模型嵌套在DEM数字高程模型中。
7.根据权利要求5所述的GIS、DEM、BIM的融合显示方法，其特征在于：所述BIM模型边缘数据是一系列由离散经纬度组成的封闭曲线。
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